CN110045357B - 一种线性调频信号产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种线性调频信号产生装置，包括激光器Ⅰ，激光器Ⅰ通过偏振控制器Ⅰ连接到声光移频器的输入端，声光移频器的输出端分别连接到光耦合器Ⅰ的第一脚、光耦合器Ⅱ的第二脚，光耦合器Ⅰ的第二脚连接到光耦合器Ⅱ，光耦合器Ⅱ的第三脚经依次连接的光电转换器、电放大器、电滤波器及电移相器反馈到声光移频器；光耦合器Ⅰ经依次设置的偏振控制器Ⅱ、调制器、偏振控制器Ⅲ及三端口光环形器连接到光耦合器Ⅲ，调制器连接有晶振，三端口光环形器连接激光器Ⅱ；光耦合器Ⅱ经光滤波器连接到光耦合器Ⅲ。本发明的有益效果：既具有微波光子技术的大带宽等优势，又避免了昂贵的高频光电器件的使用，极大的降低了整个系统的成本。

Description

一种线性调频信号产生装置
技术领域
本发明涉及微波光子信号产生技术领域，具体来说涉及一种线性调频信号产生装置。
背景技术
随着科技的发展，线性频率调制是脉冲压缩技术的一种，已经广泛应用于常用的军事雷达中，在军事应用中，对于雷达的作用距离，分辨能力、测量精度等方面的性能指标提出了越来越高的要求，这就要求雷达信号同时具有大的时宽和带宽，而线性频率调制有效的解决了雷达系统作用距离和距离分辨力之间的矛盾，线性频率调制信号在军事雷达的发展中起到了至关重要的作用，所以研究线性频率调制信号的意义重大。因为线性调频信号具有巨大的科研价值以及军事应用，国内外有大量企业和机构很早便投入了对它的研发。
传统的模拟方法通常是采用表面波器件、压控振荡器等器件产生线性调频信号，具有设计难度大、开发周期长等问题。
近些年来，国内外研究了一种基于FPGA结合DAC以DDS的技术产生宽带线性调频信号，以电子学方式产生高信噪比的线性调频信号方法已经遇到了瓶颈，并且这种方案产生的线性频率调制信号的中心频率较低并且频率可调谐较小。
而采用光子学技术产生的线性调频微波信号能突破以上的限制，为解决电子瓶颈问题提供了新的方向。目前已经可以比较方便地产生数十吉赫兹的线性调频信号,并且具有产生波形带宽宽、相位噪声低、易于调谐等优点。其中2002 年，美国普顿大学J.D.McKinney 等人提出了基于直接的空-时域脉冲整形（Direct Space-to-timeMapping, DST）系统原理产生线性调频信号的方案，具有系统体积大，稳定性较差特点，并且操作室需要繁琐的光学校准过程；2010 年，加拿大渥太华大学的J.Yao等人提出了基于非对称的时域脉冲整形（Temporal Pulse Shaping，TPS）系统产生啁啾率可调的线性调频信号，其主要缺点是只能对输入光脉冲的幅度进行操控，无法操控其相位信息；2013 年，南京航空航天大学的 F.Zhang 等人提出基于频谱整形结合频-时映射（Spectral Shapingand Frequency-to-Time Mapping, SS-FTT）的原理产生频率、相位均可调谐的啁啾微波信号的方案，其主要缺点是但该方法产生的线性调频信号的信噪比会较低。
除此之外，还有很多结合光子学和电子学原理的方案：
基于光注入半导体激光器来产生具有大时间带宽积的线性啁啾微波波形的方案，通过适当地控制注入强度，可以产生具有大时间带宽积的线性调频信号。但是就驱动电流不断调谐变化的激光器的注入锁定而言，注入锁定状态的稳定性难以保持极大的限制的此方案的实际应用。
基于频率可调谐的光电振荡器（OEO）和循环相位调制回路（RPML）产生线性啁啾微波信号，此类方案产生信号的中心频率及带宽受系统中带通滤波器所限制。此外系统中采用的强度调制器、带通滤波器、微波放大器、微波移相器以及光电探测器皆为高频器件，价格昂贵，极大的增加了系统的成本。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种线性调频信号产生装置，解决现有线性调频信号存在的带宽小及系统成本高的问题。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样的：
一种线性调频信号产生装置，包括激光器Ⅰ，所述激光器Ⅰ通过偏振控制器Ⅰ连接到声光移频器的输入端，所述声光移频器的输出端分别连接到光耦合器Ⅰ的第一脚、光耦合器Ⅱ的第二脚，所述光耦合器Ⅰ的第二脚连接到光耦合器Ⅱ，所述光耦合器Ⅱ的第三脚经光纤连接到光电转换器，所述光电转换器再经依次连接的电放大器、电滤波器及电移相器反馈到声光移频器；
所述光耦合器Ⅰ经偏振控制器Ⅱ连接到调制器的第一端，所述调制器的第二端连接晶振，所述调制器的第三端经偏振控制器Ⅲ连接到三端口光环形器的第一端，所述三端口光环形器的第二端连接有激光器Ⅱ，所述三端口光环形器的第三端连接光耦合器Ⅲ的第二脚；
所述光耦合器Ⅱ的第四脚经光滤波器连接到光耦合器Ⅲ的第一脚，所述光耦合器Ⅲ的第三脚为信号输出端。
进一步的，所述激光器Ⅰ采用半导体激光器。
进一步的，所述调制器采用铌酸锂强度调制器。
本发明的有益效果：将声光移频器置于传统OEO中，将OEO产生信号的载波和边带从声光移频器输出端口空间分开，用载波注入锁定另一高频激光器，用电移相器控制边带波长线性变化，最终产生中心频率可调谐线性调频信号。该信号产生装置产生的线性调频信号具有微波光子技术的大带宽等优势，同时由于该装置避免了昂贵的高频光电器件的使用，极大的降低了整个系统的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述一种线性调频信号产生装置的结构框图。
图中：
1、激光器Ⅰ；2、偏振控制器Ⅰ；3、声光移频器；4、电移相器；5、电滤波器；6、电放大器；7、光耦合器Ⅱ；8、光纤；9、光电转换器；10、光耦合器Ⅰ；11、光滤波器；12、偏振控制器Ⅱ；13、调制器；14、偏振控制器Ⅲ；15、三端口光环形器；16、光耦合器Ⅲ；17、晶振；18、激光器Ⅱ。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种线性调频信号产生装置，包括激光器Ⅰ1，所述激光器Ⅰ1通过偏振控制器Ⅰ2连接到声光移频器3的输入端，所述声光移频器3的输出端分别连接光耦合器Ⅰ10的第一脚、光耦合器Ⅱ7的第二脚，所述光耦合器Ⅰ10的第二脚连接到光耦合器Ⅱ7，所述光耦合器Ⅱ7的第三脚经光纤8连接到光电转换器9，所述光电转换器9再经依次连接的电放大器6、电滤波器5及电移相器4反馈到声光移频器3；
所述光耦合器Ⅰ10经偏振控制器Ⅱ12连接到调制器13的第一端，所述调制器13的第二端连接晶振17，所述调制器13的第三端经偏振控制器Ⅲ14连接到三端口光环形器15的第一端，所述三端口光环形器15的第二端连接有激光器Ⅱ18，所述三端口光环形器15的第三端连接光耦合器Ⅲ16的第二脚；
所述光耦合器Ⅱ7的第四脚经光滤波器11连接到光耦合器Ⅲ16的第一脚，所述光耦合器Ⅲ16的第三脚为信号输出端。
在本实施例中，所述激光器Ⅰ1采用半导体激光器。
在本实施例中，所述调制器13采用铌酸锂强度调制器。
为方便对上述技术方案的进一步理解，现对其具体工作原理进行详细说明：
激光器Ⅰ1输出光场进入到偏振控制器Ⅰ2，由偏振控制器Ⅰ2的输出端口进入到声光移频器3，再由声光移频器3分成载波和边带两部分分别由声光移频器3端口二和端口三输出，然后分别注入到光耦合器Ⅰ10的第一脚和光耦合器Ⅱ7的第二脚，载波信号由光耦合器Ⅰ10按功率分成两部分其中一部分经由光耦合器Ⅱ7与边带信号合成一路，然后经由光耦合器Ⅱ7的第三脚输出，输出后的光信号经过长光纤8后注入到光电转换器9将光信号转换成电信号输出，输出的电信号经过电放大器6、电滤波器5、电移相器4反馈回声光移频器3的射频端口形成环路振荡；
另一部分光载波信号经由偏振控制器Ⅱ12注入到被晶振17调制的调制器13，再由调制器13输出，经过偏振控制器Ⅲ14注入到三端口光环行器15的第一端，由三端口光环行器15的第二端注入激光器Ⅱ18，然后激光器Ⅱ18输出的光信号由三端口光环行器15的第三端输出进入光耦合器Ⅲ16的第二脚；
光耦合器Ⅱ7第四脚输出的边带信号经过滤波器11滤波后输入光耦合器Ⅲ16的第一脚，与输入光耦合器Ⅲ16第二脚的被激光器Ⅱ18锁定输出的光信号一起经由光耦合器Ⅲ16第三脚耦合输出。
通过调节移相器电压可以产生中心频率可调谐线性调频信号产生。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种线性调频信号产生装置，其特征在于，包括激光器Ⅰ（1），所述激光器Ⅰ（1）通过偏振控制器Ⅰ（2）连接到声光移频器（3）的输入端，所述声光移频器（3）的输出端分别连接光耦合器Ⅰ（10）的第一脚、光耦合器Ⅱ（7）的第二脚，所述光耦合器Ⅰ（10）的第二脚连接到光耦合器Ⅱ（7），所述光耦合器Ⅱ（7）的第三脚经光纤（8）连接到光电转换器（9），所述光电转换器（9）再经依次连接的电放大器（6）、电滤波器（5）及电移相器（4）反馈到声光移频器（3）；
所述光耦合器Ⅰ（10）经偏振控制器Ⅱ（12）连接到调制器（13）的第一端，所述调制器（13）的第二端连接晶振（17），所述调制器（13）的第三端经偏振控制器Ⅲ（14）连接到三端口光环形器（15）的第一端，所述三端口光环形器（15）的第二端连接有激光器Ⅱ（18），所述三端口光环形器（15）的第三端连接光耦合器Ⅲ（16）的第二脚；
所述光耦合器Ⅱ（7）的第四脚经光滤波器（11）连接到光耦合器Ⅲ（16）的第一脚，所述光耦合器Ⅲ（16）的第三脚为信号输出端。
2.根据权利要求1所述的一种线性调频信号产生装置，其特征在于，所述激光器Ⅰ（1）采用半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的一种线性调频信号产生装置，其特征在于，所述调制器（13）采用铌酸锂强度调制器。
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